西门子|能源转型:五个需要直面的事实

2022/6/30 15:59:18

  海平面上升、冰川融化、极端天气事件日趋频繁,这是不争的事实。向清洁能源转型是我们迈向未来的关键。然而,尚有许多问题亟待解决。西门子能源全球首席执行官克里斯蒂安·布鲁赫(Christian Bruch)在谈到能源转型时说:“我们正在推进的能源转型不仅复杂,而且涉及的领域广、范围大。这其中,有些关键要素仍然尚未具备。”

  的确,过去几年间,技术的进步给我们带来了希望。但是,当前的能源转型却充满了不确定性,扑朔迷离,错综复杂。为此,西门子能源全球CEO克里斯蒂安·布鲁赫(Christian Bruch)和其他一些专家,讲述了他们眼中气候变化背后的事实,并整理出一系列我们需要直面的真相。

  人口和电力需求在日益增长。地缘政治的失衡充满风险。电网还无法完全满足交通、供暖、制冷以及工业脱碳所需的广泛电气化需求。采用气候中立燃料所需的基础设施也尚未完善。如果要将全球变暖控制在1.5摄氏度的温升范围内,我们不仅需要重塑整个能源系统,还必须重新定义作为消费者的我们如何使用能源、看待能源。这些都是我们需要面对和思考的事实。

  这份清单无疑不是全部,每个问题又与其它问题有着错综复杂的联系,但这提供了一个基础,让我们以坦诚的态度,投入探讨整个能源系统转型背后深层次的问题。

  事实之一:化石燃料是个答案

  2021年,全球可再生能源占比增加了8%,约占全球电力消费的三分之一。中国、印度、美国和欧盟在可再生能源领域都取得了进展,但是,仍有一些主要障碍使我们无法完全依赖这些能源。

  首先,风能和太阳能是间歇性的。目前,我们无法有效储存来自这些能源的剩余电力,用于阴天和无风天的供电。另一方面,电网设计的初衷是为了防止停电、保障稳定供电。因此,比其它化石燃料更清洁的天然气,作为可再生能源的可靠补充,是解决方案的重要组成部分。

  广州作为粤港澳大湾区建设的中心城市,承担着引领区域发展的重任,而安全高效、清洁低碳的能源供应,是支撑其发展的重要一环。西门子能源为位于广州增城的华电福新能源股份有限公司提供了两台 SGT5-8000H 重型燃气轮机,助力中国华电,为当地经济发展提供可靠的能源保障。

  事实上,如果不推广使用一些过渡衔接技术,比如燃氢燃机,就无法推广可再生能源。如果现在每个燃煤电厂都改用天然气发电,二氧化碳排放量就能减少一半。此外,如果气候中立燃料相应的基础设施得以完善,西门子能源的燃气轮机能够实现高达 75% 的绿色氢气混比运行,到2030年,将可使用 100% 氢气燃烧。但是,在实现这一目标之前,我们今天就需要马上见效的解决方案。

  2021年年底,由国家电投集团北京重型燃气轮机技术研究院与西门子能源联手打造的中国首个燃气轮机掺氢燃烧示范项目正式投运,整体方案可行性得到验证。该项目位于湖北荆门高新区,运行有两台 56 MW 的西门子能源 SGT-800 燃气轮机,为园区供电的同时供冷供热。 西门子能源助力对其中一台 SGT-800 燃气轮机的燃烧器进行烧氢改造,项目一期为在2021年12月 15% 掺氢燃烧;二期规划在2022年底开展 30% 掺氢燃烧,届时机组将具备 0% - 30% 掺氢运行条件下自由切换的灵活性。经测算,改造后,仅荆门一台 SGT-800 燃气轮机在混烧 30% 氢气的情况下,每年可减少 1.8 万吨二氧化碳排放。

  向“绿色”转型迈进的每一步都好过原地踏步,也好过等待完美解决方案的出现。因此,在越来越多可再生能源接入能源系统的同时,就让我们利用现有手段来改变现状吧。

  事实之二:技术其实不是障碍

  我们拥有能够大幅减少温室气体排放的能源技术。尽管我们仍然需要不断创新,从而实现这些技术的大规模商业化和更高的经济性,但技术其实并不是障碍。问题的核心在于,我们如何让所有人共同实现可持续发展。

  麦肯锡报告称,在欧洲,“在实现向净零排放转型的过程中,将在创造约1100万个工作岗位的同时,减少600万个工作岗位。”失之桑榆,收之东隅,类似的情形遍及全球各地,而那些经济高度依赖煤炭的地区受到的影响会格外严重,极有可能蒙受脱碳化进程所带来的最严峻的冲击。

  这是一次大规模的转型。如果我们要避免大面积的落后与失业,就需要为千百万工人提供再培训和支持。到2040年,全球电力消费总量预计还会翻一番。对于人口不断增长、电力供应依然不足、清洁能源投资缺乏的发展中经济体来说,电力消耗尤其巨大。技术进步应该让人人受益,这些问题需要尽早解决。

  所有这些都要求能源转型是一个公正的过程,在气候变化所带来的风险和收益之间实现公平分配,以及在社会进步和经济增长之间达成新的平衡。否则,我们所努力实现的净零排放的未来,就根本谈不上以人为本。

  事实之三:可再生能源,其实需要付出代价

  人们往往大谈风能和太阳能是免费能源,但是,现实情况却远非如此。更大规模地使用可再生能源,并取代一个基于完全不同模式的能源体系,代价非常高昂。

  例如,在将全球变暖控制在1.5摄氏度的温升情景模式下,预计到2050年,对电解槽——将风能和太阳能转化为绿氢的关键部件——的需求将从现在的300兆瓦飙升到5000吉瓦。但是,要达到这个目标,需要大量投资。欧盟已经投入1500亿欧元,以加快绿色转型,并在非洲开展绿氢生产。但如果要实现全球经济活动净零排放,缓解全球变暖,预计全球将在2050年前投入约54万亿欧元。

  即使没有彻底弃用化石燃料,向可再生能源和绿氢转型也会对地缘政治格局产生深远影响,特别是对于世界上那些石油和天然气生产国。根据“2021年政治风险展望”,对石油出口依赖度最大的国家也是政治不稳定风险最高的国家。这些国家需要对这种现状进行调整,以避免严重的经济后果。

  可持续能源系统的原材料供应也是一个棘手的问题。仅举一例:铱是制氢设备所需的一种化学元素,探明储量主要位于南非。如果推进向绿氢转型,那么预计仅在2040年对铱的需求就是当前的五倍。所有这些变化将构成全新的全球格局,对一部分人来说意味着重大机遇,而对另一部分人来说则是重重顾虑,而我们也才刚刚开始为此付出代价。

  事实之四:基础设施是个问题

  向电网输送可再生能源,这本身并不能解决气候危机。交通、工业、供暖及制冷的总和占了温室气体排放的最大份额。如果不把这些行业与电力行业进行耦合,就无法实现我们的气候目标。2019年,全球工业排放总量为360亿吨,接近全球二氧化碳排放量的四分之一。为了继续实现我们的气候目标,仅工业每年就必须减排超过50亿吨二氧化碳。

  行业耦合的技术已经成熟,但是,配套的基础设施仍然滞后。此外,能源结构的变化也会对电网稳定性产生影响。目前,电网还不完全具备分布式能源发电上网的能力。电网如果不进行扩建和升级改造,行业耦合就无法实现。这是确保来自可再生能源的电力以低损耗到达电力消费地区的唯一途径。这需要大量的工作。根据德国联邦经济事务和气候行动部的数据,德国需要升级或新建7500多公里的电网,巴西预计需要新增的输电网约为3.5万公里,而美国则要超过100万公里。

  新线路从建设到投入使用需要十年以上的时间,因此这样的建设项目无法一蹴而就,需要大幅增加资本投入,而这部分的成本最终会转嫁到消费者身上。2021年,西门子能源为浙江华电台州玉环海上风电一期项目提供创新变压器解决方案,该方案包含 22 台 FITformer WIND 油浸式变压器,这也是西门子能源首批在中国实现设计、研发与交付全流程的 66 kV 油浸式变压器产品。

  事实之五:能源转型,其实我们无法独自完成

  美国承诺到2030年排放量减半。德国正在逐步淘汰煤炭。中国提出到2060年实现气候中立。欧盟希望到2050年实现净零排放。

  超过130个国家已经或者正在制定净零排放目标。但是,实现这样的能源转型任务艰巨,需要商业界、政府和社会都参与其中。能源转型,首先从对气候的贡献实现透明化开始,这样才可以明确责任,帮助我们做出明智的决定。

  但是,这还远远不够。企业需要不断创新清洁能源技术,探索清洁能源发展和交易的新模式;在政治层面,需要在全球范围内在地区和国际层面开展工作,制定合适的合作框架,以确保这些技术可行可靠。例如,制定科学合理的碳价机制将激励企业将气候风险纳入经营成本。改革化石燃料补贴政策将使清洁能源在公平竞争的环境下具备竞争力。

  在通往净零排放的道路上,会产生价格上涨,社会不得不面对更加自觉消费的新模式。作为个人,我们可能无法解决这一气候变化问题,但是所做的选择将至为重要。要解决这一问题,就不能孤军奋战。政府和商业界必须协同努力,满足社会的需求,而消费者需要了解我们为建设更绿色的未来、更健康的地球所要付出的代价。如果这三个方面齐头并进,我们就有机会实现真正的能源转型。

  在中国,西门子能源长期致力于与各方合作伙伴携手,通过在各自领域中的专业知识和技能,建立和加强更加开放、包容和共赢的合作,共同推进中国的能源转型,为实现中国碳达峰、碳中和目标做出贡献。

  西门子能源为国家电网江苏无锡供电公司建设的 110 kV 清舒变电站提供了国内首批两台 145 kV 零碳无氟环保型 GIS 设备。西门子能源高压开关设备采用真空灭弧技术和洁净空气绝缘技术,全球变暖潜能为零。结合站内其他先进设备和环保集成系统,清舒站从建设、投运到退役,预计全生命周期内将减少碳排放 1.8 万吨。

  自2019年西门子与国家电力投资集团有限公司(国家电投)签署战略合作框架协议后,双方的合作就愈加紧密。截止目前,双方已经在重型燃气轮机、绿氢发展及应用、能源行业数字化等多个方面开展深入交流和合作。

  2021 年 1 月 28 日,西门子能源深圳创新中心正式落成。作为西门子能源不断拓展的全球创新组织网络的重要组成部分,深圳创新中心将以清洁能源技术研发与创新业务开拓为核心,充分依托粤港澳大湾区的产业与人才优势,旨在发展成为联合开放、产学研一体协同发展的新型研发机构,赋能大湾区绿色发展。

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